(57)【要約】  【課題】  温度変化に敏感なＳＱＵＩＤ素子や放射線検出素子などを冷却する装置として、低ノイズで温度安定化機能を有する電子デバイス用冷凍装置を提供する。  【解決手段】  赤外線を加熱源として用いることによって、低ノイズで温度を安定化することができる電子デバイス用冷凍装置であって、赤外線発生用ハロゲンランプ２を具備し、冷凍機６の外部から石英ファイバ３および石英棒５によって冷凍機内の伝熱ロッド１０に照射できる構成とし、ノイズ源となる抵抗加熱ヒーターを用いない構造とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線発生源にハロゲンランプを使用し、冷凍機外部から石英棒あるいは石英ファイバによって冷凍機の冷却部位に赤外線を照射できる機能を有し、低雑音で温度の安定化ができることを特徴とする電子デバイス冷却用冷凍装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷却部位が冷凍機外部とは一部断絶された石英棒あるいは石英ファイバを包含し、真空断熱された外部からの赤外線を真空窓を通して受けることができる構造を有することを特徴とする電子デバイス冷却用冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の冷凍装置がパルス管冷凍方式を用いた冷凍装置であることを特徴とする電子デバイス冷却用冷凍装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の電子デバイスがＳＱＵＩＤ磁気センサであることを特徴とする電子デバイス冷却用冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化に敏感なＳＱＵＩＤ素子や放射線検出素子などを冷却する装置に関するものである。それら電子素子を低ノイズかつ高精度で一定温度に保つ、あるいは温度調整が可能な冷却装置と提供し、医療や物理計測分野において、精密化をもたらすものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）磁気センサや放射線検出器は医療や物理計測において用いられているが、その温度がわずかに変化しただけで性能が変わるため、精密な温度制御が必要となる。その温度制御には電気的に加熱するフィルムヒータなどの抵抗加熱方式を用いるのが一般的であった。
【特許文献１】特開平６−１９４４３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＳＱＵＩＤ磁気センサなどのように磁気に非常に敏感な電子素子の場合、ヒータに流れる電流自身が作る磁界によって影響を受け、ヒータ電流がノイズ源になることがあった。さらに、ヒータ用電線あるいはパターニングされたフィルムヒータ自身がアンテナの役目をして環境のノイズを拾うことになり良好なＳＱＵＩＤのセンシング性能を発揮できないという問題があった。
本発明の目的は、これら問題を解決して、低ノイズで温度安定化機能を有する電子デバイス用冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕電子デバイス冷却用冷凍装置において、赤外線発生源にハロゲンランプを使用し、冷凍機外部から石英棒あるいは石英ファイバによって冷凍機の冷却部位に赤外線を照射できる機能を有し、低雑音で温度の安定化ができることを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の電子デバイス冷却用冷凍装置において、冷却部位が冷凍機外部とは一部断絶された石英棒あるいは石英ファイバを包含し、真空断熱された外部からの赤外線を真空窓を通して受けることができる構造を有することを特徴とする
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の電子デバイス冷却用冷凍装置において、冷凍装置がパルス管冷凍方式を用いた冷凍装置であることを特徴とする。
〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の電子デバイス冷却用冷凍装置において、電子デバイスがＳＱＵＩＤ磁気センサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ヒータに流れる電流自身が作る磁界による影響がなくなり、かつヒータ用電線あるいはパターニングされたフィルムヒータ自身が環境のノイズを拾うということがなくなるので、低ノイズで温度安定化機能を有する電子デバイス用冷凍装置を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す電子デバイス冷却用冷凍装置の構成図である。
この実施例では、赤外線を用いた温度制御について説明する。
図１において、電子デバイス１１は冷凍機に接続された伝熱ロッド１０上に固定されており、コンプレッサ９の運転によって９０Ｋ以下程度の極低温に冷却された。
冷凍機はここではガスの出入りによって冷却するパルス管冷凍機を用いたが、低雑音であればジュールトムソン型やその他の方法によるものでもよい。冷凍機内部は断熱のため、冷却前に真空に排気する必要があり、真空チャンバ１２はその気密を保つために用いられた。
【０００７】
図においては電子デバイスと真空チャンバの距離が離れているように描かれているが、実際の応用計測においては感度を高くするために数ミリメートル以下として大気側に接近させることが望ましい。
【０００８】
電子デバイスの温度はデバイス近傍に設置された熱電対７によって計測され、温度制御装置１によって適切な制御信号がハロゲンランプ２に送られた。つまり、温度制御装置１は目標の制御温度よりも電子デバイス温度が低ければ、ハロゲンランプ２をより高出力で点灯させてより多くの赤外線を放出するようにし、反対に目標温度よりも温度が高ければ、赤外線の出力を小さくするような制御信号を送る機能を持つ。その際、熱電対７は金鉄クロメルあるいは金鉄ノーマルシルバーなどが用いられた。熱電対ではなく抵抗測温体あるいは半導体測温体などを用いることもできるが、より低いノイズ特性を得るためには、熱電対が望ましい。
【０００９】
ハロゲンランプ２で発生した赤外線は石英ファイバ３によって導かれ冷凍機の真空窓４を介して石英棒５に導入された。ここで石英ファイバ３および石英棒５を用いたが、耐熱性があり、赤外線を効率良く透過する材料であれば石英に限定するものではない。また、実施例では石英ファイバを真空チャンバ１２の外部に用いて、石英棒を内部に用いたが、それらの区別はなく、設計に応じてそれらを適宜選択することができる。それら石英ファイバ３および石英棒５の直径はおよそ１０ｍｍとした。これは効率よく赤外線を伝送することができる径にすることが必要であり、２ｍｍ以下では十分な伝送効率が得られない。上限は経済的理由によって決定され、１０ｍｍ程度以下が望ましい。
【００１０】
石英ファイバ３と石英棒５が真空層によって断絶されていることは本発明を具現化する上で必須である。これによって伝熱ロッド１０が大気室温側と断熱され、良好な温度制御が可能となる。内部の石英棒５と真空窓４の距離は約１ｍｍとした。これは接触することなく断熱され、かつ外部からの赤外線を拡散させることのない距離とすること重要であり、１０ｍｍ以下が望ましい。外部の石英ファイバ３と真空窓４との距離も同様の条件で決定され、およそ１ｍｍとした。
【００１１】
石英棒５は伝熱ロッド１０に赤外線が効率よく照射、吸収されるように接続されており、銀ペーストなどの熱伝導のよい接着剤で接続されることが望ましい。
一連の動作をまとめると、まず、熱電対７によって電子デバイス近傍の温度が計測され、その信号が温度制御装置１に入力され、計測した温度が目標温度で一定になるようにハロゲンランプ２の出力が制御される。ハロゲンランプ２からの赤外線は、冷凍機６によって冷却されている伝熱ロッド１０に石英ファイバ３、真空窓４および石英棒５を介して照射されて、伝熱ロッド１０の温度は熱エネルギーを受けて上昇する。つまり、制御電気信号は一旦、光に変換され、さらに熱に変換されて電子デバイスの温度を制御するので、低ノイズでの制御が実現できる。
【００１２】
冷凍機としてパルス管冷凍機を用いて高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサをこれらの構成で目標温度７７Ｋとして温度制御を行ったところ、ヒータの電線を用いることがないので、電流雑音やヒータのアンテナ効果がないのでノイズの発生がなく、極めて良好な素子性能が得られた。
【００１３】
これまでの抵抗加熱ヒータによる制御ではＳＱＵＩＤ磁気センサのホワイトノイズが４０マイクロφ０／Ｈｚ１／２であり、０．１Ｈｚから１Ｈｚにおいて揺らぎがみられたが、本発明の方式ではホワイトノイズが１／４に低下し、０．１Ｈｚから１Ｈｚの揺らぎはなくなった。
【００１４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示す電子デバイス冷却用冷凍装置の構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    温度制御装置
２    ハロゲンランプ（赤外線ランプ）
３    石英ファイバ
４    真空窓
５    石英棒
６    冷凍機
７    熱電対
８    電子デバイス用電子回路
９    冷凍機用コンプレッサ
１０    伝熱ロッド
１１    電子デバイス
１２    真空チャンバ
【図１】
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